承壓水抽取和回灌誘發(fā)地層變形機理及控制研究.pdf

1、基坑工程中的承壓水問題是個老問題，曾被認為也是個簡單的問題，即如何抽降承壓水。近三十年來，在以上海為代表的富水軟土地區(qū)基坑工程大規(guī)模實踐中，承壓水對基坑工程危害的多樣性備受關(guān)注，其中抽降承壓水誘發(fā)過量沉降是最為常見的現(xiàn)象。與此同時，現(xiàn)有的地層沉降機理大多照搬荷載誘發(fā)固結(jié)的理論，與實際情況差異很大。因此，有必要針對承壓水抽取和回灌誘發(fā)地層變形機理及控制方法進行研究，并提出相應(yīng)的沉降控制方法與措施，為工程實踐提供理論依據(jù)和技術(shù)指導。

2、　　本文通過現(xiàn)場試驗、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬分析相結(jié)合的方法，研究了承壓含水層在降壓回灌作用下的土層變形特性，提出了“以水位控制為前提、以沉降控制為核心”的承壓水危害治理原則，最終形成了承壓水“隔-降-灌”綜合治理方法。本文主要內(nèi)容和結(jié)論包括：
　?。?）上海地區(qū)施工抽降承壓水以往很少進行回灌，有個別案例也不成功，研究很少涉及此類地層中抽-灌聯(lián)合作用下地層沉降。通過對上海地區(qū)第一與第二承壓含水層的現(xiàn)場抽水-回灌試驗，研究了淺層承壓含水

3、層在抽-灌作用下的滲流及變形特性。結(jié)果表明：上海地區(qū)進行群井回灌可構(gòu)成“水墻”，有效保護一定距離上的建構(gòu)筑物；回灌流態(tài)與抽水流態(tài)接近，即回灌與抽水的滲流場是基本對稱的；經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計可抵消70%以上的水位降落，有效控制沉降。
　?。?）通過對上海典型軟土層進行室內(nèi)模擬實驗，并結(jié)合現(xiàn)場測試，研究減壓降水與回灌作用下土層的變形特性及規(guī)律。結(jié)果表明：降水階段，滲透系數(shù)隨著孔隙比的減小而減小，而回灌時，由于堵塞等原因，滲透系數(shù)反而隨著孔隙比

4、的增大而出現(xiàn)減??；降水階段，孔隙比越小壓縮模量越大，且隨著降水的進行，土體壓縮的越緩慢，回灌階段的回彈模量比壓縮模量要大，且回灌造成的回彈量比降水引起的壓縮量要??；在現(xiàn)場降水試驗中還發(fā)現(xiàn)淺層土層出現(xiàn)“逆向回彈”現(xiàn)象，體現(xiàn)了滲流驅(qū)動固結(jié)過程中地層變形規(guī)律的特異性。這些發(fā)現(xiàn)揭示了荷載驅(qū)動固結(jié)與滲流驅(qū)動固結(jié)的不同規(guī)律，以及降水與回灌過程中本構(gòu)關(guān)系的非對稱性。
　　（3）采用考慮Biot固結(jié)理論的有限元方法，分析了在降水與回灌作用下基坑與

5、周邊土體的變形規(guī)律。通過對基坑工程降排水施工與降水回灌聯(lián)合作用的數(shù)值分析，同時對不同止水條件下與回灌條件下的基坑變形進行參數(shù)分析，研究了地下水位變化與周邊土體變形的規(guī)律。結(jié)果表明：承壓水層的降排水對地表沉降有較大的影響作用，且影響范圍達十倍降深以上；加大隔水帷幕的插入深度可有效增強其隔水效果，隔斷情況下效果最好；坑外回灌能有效減小坑外水位變化，減小坑外土體變形。
　　（4）綜合以上研究成果，提出“以水位控制為前提、以沉降控制為核心